灌溉决策方法对河西地区滴灌春玉米生长和产量的影响研究

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河西地区干旱缺水、水分利用效率低,适宜的灌溉制度对于春玉米增产和水分高效利用具有重要意义。本文研究了三种灌溉决策方法(基于土壤水分、蒸散量、土水势)对河西地区膜下滴灌春玉米生长、产量及水氮利用效率的影响。基于土壤水分的灌溉决策方法设置90%、70%和50%可利用土壤含水量作为灌水下限(分别用CK、W1、W2表示),灌水上限均为田间持水量;基于蒸散量的灌溉决策方法设置为每周一灌(EP100、EP80分别表示100%和80%过去一周实际蒸散量,EF100、EF80分别表示100%和80%未来一周预测蒸散量),每周蒸散量与每周降雨量之差即为灌水定额;基于土水势的灌溉决策方法设置-25 k Pa、-45 k Pa和-65 k Pa(P25、P45、P65表示)三个灌水下限,灌水上限均为-5 k Pa。主要取得以下研究结果:(1)灌溉决策方法对于春玉米生长指标有显著影响。同一灌溉决策方法下,灌水量越大,春玉米株高、叶面积和干物质积累增长越快。适当减小灌溉频率,增加灌水定额对于春玉米的茎粗增长更有利。各灌溉决策最优处理下的干物质积累表现为W1、EP100和P25无显著性差异,而EP100处理下的灌溉水量最小。各灌溉决策最优处理下的籽粒灌浆速率表现为W1>EP100>P25,且无显著性差异。(2)春玉米生理指标对于水分的响应灵敏。基于过去蒸散量调控的灌溉处理下的SPAD值整体表现最为优异,过高或过低的水分处理均会使SPAD积累受到抑制。不同灌溉决策下的春玉米净光合速率也有相似的规律,抽雄期时各灌溉决策下最优处理分别为W1、EP100和P65,而灌溉水量较大的CK和P25处理下的净光合速率相对较低。正午叶水势则与该时期灌水量成正比,灌浆期时各组内最优处理分别为CK、EP100和P25。(3)不同灌溉决策处理下的春玉米产量和水分利用效率差异显著。不同灌溉决策方法下春玉米产量基本表现为随灌溉定额增大而增大。作物耗水量也与灌溉定额成正比,然而,产量与耗水量之间并不是简单的线性关系。CK和W1处理的产量分别比EP100高出2.34%和6.90%,但是耗水量分别比EP100高出了26.13%和27.35%。EP100和EP80处理的水分利用效率显著高于CK、W1和P25处理,说明不同灌溉决策方法下春玉米产量表现优异的处理中,基于蒸散量调控的灌溉在水量分配上优于其他灌溉决策方法,利于春玉米植株利用更多水分在产量的形成上。春玉米的氮素利用效率随各处理下的灌溉定额先增大后减小,各灌溉决策处理下,EP100处理的氮素利用效率最高,而EF80处理的氮素利用效率最低。(4)不同灌溉决策方法有其优缺点和适用性。基于土壤水分和基于土水势的灌溉决策方法受限于监测仪器的精度、准确度、成本和监测范围,而基于蒸散量调控灌溉的方法具有数据准确易获取,效率高,人力成本低,适用范围广等优点。此外,基于过去蒸散量调控的灌溉方法准确度和效率比未来蒸散量调控的灌溉方法高。基于过去蒸散量调控的处理比较,EP100与EP80处理下的产量和水分利用效率均无显著性差异,而EP80处理下的总灌溉水量消耗较小,且灌溉水利用效率更高。综合考虑各因素,基于过去蒸散量调控灌溉,每周灌水定额为80%ET0推荐为最适合河西地区春玉米高效稳产的灌溉决策方法。
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